陶瓷先驅體聚碳矽烷的合成方法
2023-05-11 14:38:56 1
專利名稱：陶瓷先驅體聚碳矽烷的合成方法
技術領域：
本發明屬於高性能陶瓷材料合成技術領域，具體涉及一種陶瓷先驅體聚碳矽烷的 合成方法。
背景技術：
高性能陶瓷材料具有極高的耐溫性、抗氧化性及耐磨防腐蝕等特性，是一般金屬 材料、高分子材料難以比擬的一種高新技術新材料，在各個領域中有著廣泛的應用。對於高 性能陶瓷材料(如陶瓷纖維、陶瓷塊狀體、陶瓷基複合材塗層微粉等)，各國在基礎與應用 以及工程化方面給與了特殊重視，特別是在信息、國防、現代交通與能源產業中均將其置於 重要地位。由於陶瓷熔點高，硬度大，一般難以加工成各種異型結構塊體以及細直徑的纖維 狀製品。長期以來廣大研究工作者，積極尋找一個方便的成型工藝和方法，來制各高性能 適合各種用途的陶瓷材料。首先在1974年德國的學者Verleck在實驗室通過合成一種含 矽的有機聚合物，並將之拉成纖維，再在高溫下燒成陶瓷纖維，但由於該陶瓷纖維性能低， 得不到實用，所以未引起人們的重視。日本失島聖使教授在1975年愛Nature雜誌上發表 了在實驗室合成了一個有機矽聚合物——聚碳矽烷，經熔融紡絲，得至纖維直徑在15微米 的纖維，通過空氣中氧交聯，再在惰性氣氛下燒成了抗拉強度在2. 0 2. 5GPa，抗拉模量在 180 220GPa的陶瓷纖維。該陶瓷纖維引起了世界各國材料科技工作者的高度重視和關 注，並將之前所述的方法稱之為先驅體法。1978年日本碳公司取得了實施工業化的專利，在 1980年實現了年產一噸的連續SiC纖維製造技術。之後，很多國家包括中國在內均採用該 方法開展了先驅體法製備SiC系列纖維製造的研究工作。實踐證明，陶瓷先驅體聚碳矽烷的組成結構和性能失活是高性能陶瓷材料的關 鍵。聚碳矽烷是碳化矽(SiC)陶瓷的先驅體，用它可製備連續SiC纖維，可作為陶瓷燒結體 的粘結劑，或者作為浸漬劑來製備C/SiC、SiC/SiC複合材料。據文獻所知，聚碳矽烷的製備 是利用二甲基二氯矽烷和金屬鈉在二甲苯中反應10小時後，除去二甲苯，獲得紫色沉澱， 添甲醇再加水洗、乾燥得到的白色粉末聚二甲基矽烷。將它在1升高壓釜中用氬氣(Ar)充 填以400°C /小時加熱到相應溫度(如450°C，4600C，470°C ) 14小時，得到黃或褐色粘稠物 質，溶解在η-己烷中並過濾，移走溶劑，再真空蒸餾(減壓ImmHg 280°C )出低沸，冷卻得到 黃褐色玻璃狀聚碳矽烷。例如PC-470，其數均分子量為1860，軟化點在220 240°C。該方 法直接用聚二甲基矽烷為原料，產物聚碳矽烷中鹼金屬鈉含量在200 500ppm。鹼金屬很 難除去，從而影響高性能陶瓷材料的產率和性能。另一種方法是用聚二甲基矽烷以聚硼矽 烷為催化劑在常壓下320 360°C惰性氣體下反應10 15小時，如同上述的後處理方法獲 得聚碳矽烷，該方法獲得的聚碳矽烷含有一定含量的Si-Si鍵，在常溫下不夠穩定，特別是 聚碳矽烷製備成陶瓷纖維時由於高溫的影響使纖維表層產生較多的裂紋，影響陶瓷纖維的 品質。本發明由此而來。
發明內容
本發明目的在於提供一種陶瓷先驅體聚碳矽烷的合成方法，解決了現有技術中陶 瓷先驅體聚碳矽烷合成方法得到的產物純度不高，難以適合高性能陶瓷材料的生產製備等 問題。為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是—種陶瓷先驅體聚碳矽烷的合成方法，其特徵在於所述方法包括以環矽烷為原料 在惰性氣體或氮氣保護下在350 500°C溫度下裂解後經分子重排形成聚碳矽烷的步驟。優選的，所述方法中環矽烷原料通過以下方法得到(1)使式(I)的二甲基二滷代矽烷
權利要求
1.一種陶瓷先驅體聚碳矽烷的合成方法，其特徵在於所述方法包括以環矽烷為原料在 惰性氣體或氮氣保護下在350 500°C溫度下裂解後經分子重排形成聚碳矽烷的步驟。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法中環矽烷原料通過以下方法得到(1)使式⑴的二甲基二滷代矽烷
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述二甲基二滷代矽烷選自二甲基二氯矽 烷、二甲基二溴矽烷。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述鹼金屬選自Na、K。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述有機溶劑選自二甲苯。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述二甲基二滷代矽烷與鹼金屬的摩爾比 為 1 2。
全文摘要
本發明公開了一種陶瓷先驅體聚碳矽烷的合成方法，其特徵在於所述方法包括以環矽烷為原料在惰性氣體或氮氣保護下在350～500℃溫度下裂解後經分子重排形成聚碳矽烷的步驟。該方法整個反應溫度產物結構易控制，產物PCS中鹼金屬含量低，同時實驗在常壓下進行反應，不需要高壓設備或添加催化劑，設備簡單，易行。
文檔編號C04B35/565GK102002164SQ20101028082
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者呂斌, 張衛中, 田秀梅 申請人:呂斌, 張衛中, 田秀梅